腫瘤的治療方法除了手術(shù)、放療、化療這些傳統(tǒng)方法之外，尤為火熱的方法是腫瘤免疫治療方法，腫瘤免疫治療通過激活患者自身免疫系統(tǒng)對腫瘤細胞的識別和殺傷，恢復(fù)機體正常的抗腫瘤免疫反應(yīng)，從而治療腫瘤的一種治療方法。相較于傳統(tǒng)的腫瘤治療方法，腫瘤免疫治療具有反應(yīng)快，療效好，能有效防止復(fù)發(fā)的顯著優(yōu)勢。近年來，研究人員對免疫系統(tǒng)在腫瘤發(fā)生發(fā)展中的作用和認(rèn)識有了很大進展，新的免疫療法也在不斷發(fā)展，引起廣泛關(guān)注的有免疫藥物療法，免疫細胞療法，個性化腫瘤疫苗。

個性化腫瘤疫苗背景介紹

腫瘤疫苗（tumor Vaccine）通過表達特異性的、具有免疫原性的腫瘤抗原（如：多肽、DNA 和 RNA 等），激活或加強機體自身抗腫瘤免疫進而清除腫瘤細胞。2010 年 4 月，美國食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）批準(zhǔn)自體主動免疫療法藥及真正的治療性癌癥疫苗——Provenge/ sipuleucel- T 用于治療晚期前列腺癌，但其產(chǎn)品成本和有效性欠佳，原因在于其針對的抗原是腫瘤相關(guān)抗原（TAA），TAA 只是在癌癥細胞大量表達，機體自身也同時存在這些蛋白，從而產(chǎn)生了中樞耐受。所以基于 TAA 研發(fā)的腫瘤疫苗副作用大且免疫效果差，這些 TAA 并不是理想的抗原。

隨著分子生物學(xué)的發(fā)展，人們認(rèn)識到腫瘤普遍存在異質(zhì)性，每個人的腫瘤都攜帶不同的特異蛋白，稱為腫瘤特異性抗原（TSA）或腫瘤新抗原（Neoantigen）。它們是體細胞突變而產(chǎn)生的新蛋白，并不存在于正常細胞中。基于這類突變預(yù)測新抗原在腫瘤的個性化免疫治療方向有廣闊的應(yīng)用前景。腫瘤新抗原具有高度的免疫原性。作為新興的腫瘤免疫療法方法之一，針對它開發(fā)的疫苗已用于各種實體瘤的臨床試驗，尤其是在黑色素瘤的治療中有廣泛應(yīng)用。

如何定制個性化腫瘤疫苗？

2017 年 7 月，Nature 雜志接連發(fā)表了兩篇個性化腫瘤疫苗成功治療黑色素瘤患者的案例。一篇是德國 Johannes Gutenberg 大學(xué)醫(yī)學(xué)中心的研究人員對 13 位 III 期和 IV 期患者的試驗。接種疫苗后，所有患者均出現(xiàn)強烈的免疫應(yīng)答，8 名在接下來的 1 - 2 年隨訪期內(nèi)沒有出現(xiàn)復(fù)發(fā)，其它復(fù)發(fā)患者在接種后出現(xiàn)明顯的腫瘤縮小，或結(jié)合抗 PD- 1 治療后腫瘤完全消退。另一篇是美國 Dana-Farber 癌癥研究所的研究人員公布的，試驗?zāi)依?6 名患者，其中 4 位在 2 年時間內(nèi)無復(fù)發(fā)，另外兩名復(fù)發(fā)患者結(jié)合抗 PD- 1 治療后腫瘤完全消除。

左圖：Sahin U（2017）研究中，6 例病人注射疫苗 16 周后均有明顯免疫反應(yīng)；右圖：Ott P A（2017）研究中的 10 例患者在接種疫苗后出現(xiàn)明顯免疫反應(yīng)。

伯豪生物整合了已有分析資源，推出了新抗原預(yù)測解決方案。使用 全外顯子組（ 人全外顯子組測序只需 888 元 / 樣本 ） 和轉(zhuǎn)錄組測序方法，計算出體細胞突變和相關(guān)基因的表達量。通過 NetMHC 軟件預(yù)測與 MHC 分子具有結(jié)合能力的突變肽；并通過腫瘤克隆結(jié)構(gòu)分析推斷這些突變所在的克隆，以衡量抗原選擇的主次關(guān)系。

此外，全外測序和轉(zhuǎn)錄組測序聯(lián)合也可以應(yīng)用于腫瘤免疫檢查點抑制劑 PD- 1 耐藥性的機理研究。接下來分享一篇 Hugo W 等發(fā)表于《Cell》的 Genomic and Transcriptomic Features of Response to Anti-PD-1 Therapy in Metastatic Melanoma 研究。

研究背景

PD- 1 免疫檢查點抑制劑（PD-1 immune checkpoint blockade）治療黑色素瘤（melanoma）具有顯著的臨床效果，但腫瘤耐藥現(xiàn)象也很突出（60-70%）。具體來說，有些病人的腫瘤組織對 PD- 1 療法很敏感，治療后腫瘤會得到有效的控制（reponsing）；而有些病人卻未能得到控制（non-responsing），即存在腫瘤先天性 PD- 1 免疫治療耐藥性（IPRES，innate anti-PD-1 resistance）。從全外顯子測序和轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)入手，有助于探討這種耐藥性（IPRES）背后的機理。

技術(shù)路線

研究結(jié)果

1、通過全外顯子測序分析體細胞突變

結(jié)果顯示，細胞突變量（overall mutation load）和患者的存活率顯著相關(guān)（p=0.005），非同義突變多的患者存活率也高。PD- 1 響應(yīng)組中 DNA 修復(fù)基因 BRCA2 的突變頻率高，突變頻率為 28%（6/21），但在 PD- 1 無響應(yīng)組中只有一例發(fā)生突變（6%，1/17）。

2、通過轉(zhuǎn)錄組測序分析基因表達

基因差異表達分析（DSGs）找到一個包含間充質(zhì)細胞和 T 細胞抑制炎性或血管瘤的表型。進一步分析這一表型對應(yīng)的生物學(xué)過程，PD- 1 響應(yīng)組的 GO 分析未能找到顯著富集的結(jié)果，但 PD- 1 無響應(yīng)組找到了一個與細胞粘附、間充質(zhì)轉(zhuǎn)化、創(chuàng)傷愈合以及血管生成有關(guān)的過程，進而找到一個包含了 26 個基因的集合（IPRES，先天性 PD- 1 抵抗特性），與間質(zhì)轉(zhuǎn)移、血管生成、缺氧和創(chuàng)面愈合相關(guān)，對 PD- 1 的療效有負影響作用。特別值得注意的是，MAPK 靶向療法能夠在黑色素瘤中誘導(dǎo)類似的轉(zhuǎn)錄特征出現(xiàn)，這也就意味著 MAPK 抑制劑療法可能與 anti-PD- 1 療法存在交叉抵抗的情況。利用 TCGA 數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)其他 3 個黑色素瘤研究中 IPRES 特征基因也具有顯著的表達差異；同時包括胰腺癌 PAAD、腎小球透明細胞癌 KIRC、結(jié)腸腺癌 COAD、肺腺癌 LUAD 和皮膚皮膚黑色素瘤 SKCM 其他的腫瘤中也存在顯著差異。

參考文獻：

[1] Sahin U, Derhovanessian E, Miller M, et al. Personalized RNA mutanome vaccines mobilize poly-specific therapeutic immunity against cancer.[J]. Nature, 2017, 547(7662):222-226.

[2] Ott P A, Hu Z, Keskin D B, et al. An immunogenic personal neoantigen vaccine for patients with melanoma[J]. Nature, 2017, 547(7662):217

[3] FDA News Release. FDA approval brings first gene therapy to the United States. 2017.

[4] Ledford H. Personalized cancer vaccines show glimmers of success. Nature News & Comment, 2017.

[5] Hugo W, Zaretsky J M, Sun L, et al. Genomic and Transcriptomic Features of Response to Anti-PD-1 Therapy in Metastatic Melanoma.[J]. Cell, 2016, 165(1):35-44.

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